代谢组学研究中血液样本的采集与前处理
原创
代谢组学属于基因组学、蛋白组学的下游，与“达尔文发表进化论”、“孟德尔遗传定律”或“沃森和克里克提出DNA双螺旋”等学生时代烂熟于心的伟大遗传学说相比，代谢组的概念在30年前才被提出，在质谱检测、核磁共振检测、信息化等高端科学技术的加持下，代谢组学的研究也逐渐铺开和深入。
代谢组学研究的样本种类，主要涉及细胞、组织、器官等，例如人和动物样本的细胞、血清、血浆、尿液、唾液、脑脊液、粪便、肠道内容物、器官等，植物样本的根、茎、叶、花、果实等。通过研究这些样本中的分子成分和含量，来反应动物或植物因自身基因突变、受外部环境刺激、或生理病理等动态变化条件下代谢物的多维、多元差异。
代谢组学研究的分子种类，是上述样本中的初级代谢产物和次级代谢产物，是分子量小于1000道尔顿的“小分子”，例如脂肪酸、胆汁酸、氨基酸、有机酸、碳水化合物、肉碱、胆碱、核苷、神经酰胺、鞘脂类等等体积较小、结构较简单的分子。通过对生物体中的代谢产物进行定性和定量，来反应生物体内在某个时间的代谢水平，并且与代谢物的正常水平进行比较分析，判断生物体的代谢（如激素）紊乱程度，可用于例如疾病诊断、机理研究等等领域。
代谢物特别是低丰度、不稳定、易分解的代谢物能够在样本中被检测到，前置条件包括完善的实验设计、规范的样本收集与处理方法、合适的数据采集条件、高分辨高稳定的检测设备如色谱质谱联用仪，在流程上需要保证每一步都考虑到位、操作规范，即使引入微小误差，在最终结果中也会被放大。最后依靠高度准确和快速的工具来进行数据分析研究。
血液样本是最常见的样本类型之一，血液在生物体内有着广泛的流动性和最重要的物质传输作用，分子成分主要包含代谢产物、生物激素、抗体、酶、无机盐等，用以反应生物体最直接、最有效代谢情况是非常合适的。
血液样本主要来源于人体采血和动物实验（例如大鼠小鼠造模），根据检测物质的不同，可以分成血浆样本和血清样本，两种样本中的代谢物总体相近，在某些种类的代谢物方面血清中数量较多，需要根据具体实验目的而确定采集哪种样本。
由于生物样本通常采用组内平行样本，不可避免的会由于时间、环境等因素产生“个体差异”，所以在采集动物血液时需要使用麻醉剂以减少采血过程中动物的疼痛感、不适感、创伤性，以减小应激反应造成的代谢物的变化、尽量缩短采集时间、保持一致的采集部位等细节问题；另外也考虑到样本采集或制备的原则和易实现性，操作应具有简便性和可重现性。.
从生物体内采集出的血液首先会收集到专用容器，如动物实验使用注射器取血后可以直接存储在EP管内或采血管中，但若是从医院检验科采集的血液会首先存储在专用的真空采血管内。不同用途的采血管以不同颜色的“头”来区分，主要有红头管、黄头管、黑头管、蓝头管、绿头管、浅绿头管、灰头管、紫头管，管内分别含有不同种类的抗凝剂、促凝剂等成分，适用于不同检测项目，例如血清和血浆的生化试验、免疫试验、凝血试验、红细胞沉降率试验、血常规检测、血糖检测等。常用的抗凝剂有EDTA、柠檬酸钠、肝素钠、肝素锂，这些成分在与血液混合时不可避免地会产生基质效应，如促进或抑制血液中的细胞代谢、酶代谢，造成血液中小分子的种类和含量变化。有学者在血液与抗凝剂/促凝剂的相互作用方面进行了研究，认为肝素钠相比于其他抗凝剂，与血液混合后引起的基质效应较弱，产生的杂质较少，并且也满足重现性要求，在代谢组学研究中若使用气质联用或高分辨的液质联用作为主要分析技术，建议选择含有肝素钠作为抗凝剂的采血管储存离体血液。
血液中含有血细胞，在采血后血细胞仍有短时间的存活，所以在采集血液样本后需要尽快分离血细胞，例如高速离心可以将微小杂质及血细胞沉淀，减少离体血细胞的代谢造成的影响。若不需要第一时间进行分析，则应该尽快分装，并储存在-80℃生物低温冰箱中。从微观角度来说，借鉴化学反应速率常数随温度变化关系公式（阿伦尼乌斯公式），生物样本的代谢活动与样本所处温度成正相关，在-80℃或液氮（-196℃）这种极低温度下，血液中的酶或其他活性物质的活动才会减弱或停止，同时样本中的水以晶体形式存在，减小了流动性，分子的传输性极大减弱，避免样本变质或分解代谢，可保存数月数年。
血液样本的前处理相比于尿液等其他类型的体液样本，过程更多也更细致一些。原因是血液中含有的成分十分复杂，不同种类的化合物极性千差万别，且存在种类较多、丰度较高的蛋白质成分，通常采用一定比例的有机溶剂进行涡旋震荡萃取（有机溶剂沉淀法），使极性和非极性小分子物质充分溶解在溶剂中，经高速离心后得到的上清液和下相为小分子萃取液，沉淀物质为蛋白及杂质成分。广泛使用的溶剂包括甲醇、水、乙腈，摩赛恩建立了标准化和定制化方法并应用到实际项目中，其他如丙酮、异丙醇等等低极性和高极性的溶剂需要根据具体实验需求而单独定制设计。
总体而言，血液样本的采集与前处理看似简单，但过程中包含大量细节考虑与操作，应尽可能标准化，但一种方法不可能适用于所有实验，摩赛恩的组学服务围绕实验目的进行充分的个性化实验设计，样本的采集和前处理遵循易实现性、易重现性、多组分保留等原则，在生物样本的来源、采集、前处理等源头把关，保障实验最终数据与结果的可靠性，经得起验证。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
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